液压支架结构件以中厚板高强钢的箱体结构为主，焊角尺寸大，焊缝密集，焊接量大，焊后变形严重。当前液压支架最常用的焊接方式为气体保护焊，此方法虽然焊接灵活，能够适应多箱形结构，易于实现自动焊接，但焊缝熔深较小（熔深一般仅有1-2mm），需要多层多道焊接，焊接量大。深熔焊技术是目前比较先进的一项焊接工艺技术，它利用数字控制的电弧曲线参数，进一步压缩电弧，使得电弧热量更集中、更具备熔透能力，从而能够获得更大的熔深。

1 液压支架顶梁的组成及功能

顶梁作为液压支架中极其重要的组件，其常用的结构形式包括以下三种：刚性顶梁、铰接式顶梁和伸缩铰接顶梁。其相同之处均采用钢板焊接而成，呈现箱式结构，箱体内部焊接加强筋，以提高顶梁的整体强度和刚度。顶梁的前端形状大多制成滑撬形式，也可制成圆弧形式，目的是降低支架移动过程中的阻力。顶梁内表面焊接两个柱窝，其两侧设计连接销孔，便于使用销轴将顶梁与立柱连接，实现顶梁高度的调整；顶梁的尾部两侧设计两个连接孔，采用销轴将顶梁与掩护梁连接，实现顶梁的固定；顶梁尾部中间设计一个连接孔，用于连接千斤顶，实现顶梁工作过程中俯仰角的调整[1]。

2 立柱中缸焊接加工缺陷分析

焊接工序是立柱中缸生产加工过程中的重要工序之一，焊接质量会对整个结构的力学性能产生重要影响。但是S890 钢这种材料内部包含有很多合金，且合金系非常复杂。根据碳当量计算方法，可以计算得到S890 钢碳当量大小为0.63%。而根据相关实践经验，当材料的碳当量大小超过0.6%以后，其焊接性能通常较差。S890钢具有明显的淬硬性，焊接以及后续冷却过程中比较容易出现裂纹、软化和脆化问题。

3 焊接加工工艺的优化研究

3.1 焊材的选择

立柱中缸属于重要的承力成立结构，所以必须具备有足够的强度，同时还需要有一定的韧性。但众所周知，材料的强度和韧性是两个相互矛盾的指标。当材料强度很高时，其韧性通常都较低。相反的，当材料的韧性很好时，强度值通常得不到保障。为了实现焊缝强度和韧性的良好匹配，避免出现其中一个指标很好，但另外一个指标很坏的情况，最终采用的是低强度匹配焊接材料。通过使用这种类型的材料，可以使焊缝部位的碳含量及对应的碳当量得到有效控制，在确保焊缝强度满足设计要求的同时，尽可能提升其塑性，良好的塑性是提升抗裂性能的基础。综合对比不同的焊材属性，最终选用的焊材为GHS-70 焊丝。焊丝的屈服强度和抗拉强度分别为645MPa 和735MPa，延伸率可以达到21%，在-40℃的条件下冲击功可以达到91J。已有的实践经验表明，GHS-70 焊丝材料配合使用20%CO2+80%Ar（φ（CO2）=20%、φ（Ar）=80%）的保护气体能够取得很好的效果。焊缝位置的强度和韧性都可以得到保障[2]。

3.2 熔深及电弧形态

深熔焊电弧整体上弧长较短，过渡形式以短电弧射流过渡为主，较短的电弧使得电弧能量更加集中，拘束状态下的高能量密度电弧直接作用于母材，从而获得更大的熔深。从3 种不同参数的电弧形态对比分析可知：1＃试样在相对较小的电流电压下电弧相对柔和，电弧虽然能够集中在一个较细的区域，但整体电弧能量较弱，穿透力相对较小；2＃试样电流电压加大后在深熔焊焊机的压缩电弧的作用下，电弧能量增加，整个电弧拘束在一个较短较窄的区域，从而获得了更高的能量密度，穿透力大幅增加，因而焊缝熔深较大；3＃试样随着电流电压的进一步增大，尤其是电弧电压达到35V 后，电弧能量进一步增强，高能带电粒子在弧柱区处于极不稳定状态，深熔焊焊机的电弧压缩外力已经微不足道，电弧处于相对分散状态，在较快的焊接速度下，形成的焊缝熔深不如2＃试样。

3.3 芯线焊接

将剪断的芯线以旋转方式引入更换好的橡胶保护套内，芯线去除2-3mm 外保护皮，按照焊接要求一一对应焊接。单根芯线焊接后用热塑管热塑保护，热塑后再在外层布置一层热塑管，缠绕两层绝缘胶带[3]。

3.4 焊接过程

由于本研究中需要焊接的试样为环形件，所以需要通过环缝焊缸机对其进行焊接处理，以20%CO2+80%Ar（φ（CO2）=20%、φ（Ar）=80%）作为保护性气体，正常工作时，气体流量控制在16-20L/min 范围内。待焊接范围较大，需要采用多道次焊接，共需要进行20 次焊接。每道次焊接过程中同样需要对温度进行严格控制，层间温度需要控制在250℃以内。焊接速度为0.5mm/s，焊接时的电流强度和电弧电压分别为315A 和30V 左右。在所有焊接工序完成后，禁止进行水淬，而是利用棉被对焊接区域进行裹附，时间为2h。通过这样的措施尽可能降低焊缝位置的冷却速度。